一種低壁溫換熱面解決高鈉煤燃燒沾污的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及減少高鈉煤燃燒產(chǎn)生的沾污技術(shù)，特別是一種低壁溫換熱面解決高鈉煤燃燒沾污的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]中國煤資源相對豐富，煤炭是我國主體能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中占70%。截至2010年底，全國煤炭保有查明資源儲量13412億噸，其中以低階煤和高堿性煤為代表的低質(zhì)煤占有較大比例，其中高堿性煤種約占我國煤炭資源保有量的20%。高堿性煤主要分布在新疆地區(qū)，其中準東煤田資源預(yù)測儲量達3900億噸，目前累計探明煤炭資源儲量為2136億噸，以高鈉煤為主，準東煤有熱值中等灰分極少的優(yōu)點，但準東煤由于成煤歷史和當?shù)靥厥獾淖匀坏乩憝h(huán)境，灰中堿性物質(zhì)如鉀、鈉等含量遠高于普通煤，且具有嚴重的沾污性。
[0003]國內(nèi)電廠對于燃燒高鈉煤還缺乏工程運行經(jīng)驗，新疆地區(qū)多個電廠直接燃燒高堿金屬煤種時，由氣態(tài)堿金屬誘發(fā)的對流受熱面沾污粘結(jié)問題，導(dǎo)致受熱面?zhèn)鳠崮芰ο陆?，造成鍋爐排煙溫度升高，最終使爐膛出力大大降低。電廠鍋爐滿負荷連續(xù)運行一周就必須停爐清理。由于對流受熱面沾污粘結(jié)后，空間受限，清理粘結(jié)非常困難，嚴重影響了鍋爐的長期安全、高效、連續(xù)穩(wěn)定運行。
[0004]目前對高鈉煤種的燃燒利用主要采用摻燒沾污性弱的煤種方式，但這種控制方法只能減緩沾污，無法從根本上解決問題。外煤摻燒比例過大時，外煤的需求量較大，但受到運輸條件的限制，極大增加了運行成本，且摻燒時準東煤的摻燒比例必須控制在較小的范圍，限制了準東煤的大規(guī)模高效純燒利用，致使大量開采成本低、燃燒活性好、低污染、低排放的高鈉煤得不到很好地利用。也有利用改進鍋爐結(jié)構(gòu)的方式減少沾污的方法，例如公開號為CN202813354U，公開日為2013年03月20日的中國實用新型專利文獻，公開了“一種利用煙氣再循環(huán)降低高鈉煤沾污活性的裝置”，安裝于煤粉鍋爐上，在煤粉鍋爐分隔屏的屏底和屏后位置均設(shè)置有冷煙氣接入點，冷煙氣接入點通過循環(huán)風(fēng)機出口煙道與再循環(huán)風(fēng)機相連通，再循環(huán)風(fēng)機經(jīng)再循環(huán)風(fēng)機進口煙道與除塵器的冷煙氣引出點相連通，再循環(huán)風(fēng)機進口煙道上設(shè)置有調(diào)節(jié)風(fēng)門；該技術(shù)方案主要是冷煙氣急冷屏底或屏后的區(qū)域的高溫?zé)煔?，進而降低高鈉煤沾污活性，并使其附著于飛灰顆粒中，從而避免或減輕尾部對流受熱面出現(xiàn)的沾污、磨損和腐蝕等問題，但是還是不能從根本上解決問題。
[0005]國內(nèi)外研宄機構(gòu)對電廠燃燒高鈉煤中時受熱面沾污的機理進行了大量的研宄。研宄表明沾污是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，又是一個動力學(xué)過程，既與燃料特性有關(guān)，也與鍋爐的結(jié)構(gòu)和運行條件有關(guān)。電廠運行過程中，高堿性煤粉燃燒時，煤中堿金屬在高溫條件下生成多種鹽(鈉鹽、鉀鹽)，會明顯增強煤灰的沾污性，受熱面沾污受煙氣溫度影響大。通過理論及試驗研宄發(fā)現(xiàn):受熱面發(fā)生沾污現(xiàn)象是煙溫與壁溫共同作用的結(jié)果，煙溫的作用是使得鈉元素從煤中析出(以液態(tài)或氣態(tài)形式存在)或不析出，而鈉鹽是否沾污至受熱面則取決于鈉鹽的固化過程。具體如下:
[0006]1、當煙氣溫度在區(qū)間700°C (低溫)?1100°C (高溫)，受熱面外壁面溫度在區(qū)間550°C?700°C內(nèi)時，煙氣中鈉鹽易附著在受熱面的管壁上，并在受熱面上凝結(jié)下來，不斷增厚、積累，最后形成沾污和腐蝕。
[0007]2、當煙氣溫度低于700°C時，受熱面外壁面溫度在任意范圍內(nèi)時，煙氣中鈉鹽以固態(tài)形式存在，若附著在受熱面壁面上，易通過吹掃清除，受熱面沾污不發(fā)生發(fā)生。
[0008]3、當煙氣溫度在區(qū)間700°C (低溫)?1100°C (高溫)，受熱面外壁面溫度小于550°C時，此時鈉鹽在煙氣中以液態(tài)或氣態(tài)存在，當鈉鹽與受熱面接觸時，由于受熱面外壁溫度較低，接觸的鈉鹽會由液態(tài)或氣態(tài)(粘結(jié)態(tài))變?yōu)楣虘B(tài)(非粘結(jié)態(tài))，此時受熱面不發(fā)生沾污。
[0009]由以上研宄結(jié)果可知，若對流受熱面壁溫低于550°C，即使煙氣溫度在沾污溫度區(qū)間(700°C?1100°C)內(nèi)，受熱面上形成的積灰易通過吹掃清除。
[0010]因此，可以采取在高煙溫區(qū)域布置低壁溫換熱面將鈉鹽析出固化的方式減或避免受熱面的沾污，從而實現(xiàn)高鈉煤的純燒利用，實現(xiàn)準東煤資源大規(guī)模利用。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型為解決現(xiàn)有電站鍋爐燃燒高鈉煤受熱面存在的沾污問題，提供了一種低壁溫換熱面解決高鈉煤燃燒沾污的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在鍋爐煙道對流換熱面前部布置一段低壁溫(外壁溫<550°c)低壁溫換熱區(qū)域，通過低壁溫換熱面與煙氣換熱，使得鈉鹽析出固化，換熱面上鈉鹽和積灰可通過吹灰裝置吹掃，避免受熱面沾污，同時，提高低壁溫換熱管內(nèi)介質(zhì)溫度所消耗的能量可以有效利用，可以避免鍋爐效率的大幅下降。從而，可以在不大幅影響鍋爐效率的前提下有效緩解或解決高鈉煤純燒時的受熱面沾污現(xiàn)象，使得鍋爐可以長期、安全、高效的運行；本實用新型可以有效解決現(xiàn)有電站鍋爐對流受熱面沾污問題，保證鍋爐受熱面充分換熱，穩(wěn)定鍋爐出力，解決燃燒煙氣溫度降溫換熱面壁面沾污，保證換熱面區(qū)域壁面不發(fā)生粘結(jié)，穩(wěn)定鍋爐換熱能力，實現(xiàn)高堿性煤的大規(guī)模純燒利用。
[0012]本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0013]一種低壁溫換熱面解決高鈉煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:在鍋爐的對流受熱區(qū)域之前設(shè)置有低壁溫換熱區(qū)域，低壁溫換熱面區(qū)域包括有低壁溫換熱面，低壁溫換熱面包括中空腔體和溫度低于550°C的外壁，中空腔體內(nèi)設(shè)置換熱介質(zhì)。
[0014]所述中空腔體內(nèi)的換熱介可以是低溫蒸汽，也可以是鍋爐給水，都用于吸收高溫?zé)煔獾臒崃?，進行熱量交換，提高熱量利用效率。
[0015]所述低壁溫換熱面為列管式結(jié)構(gòu)，或者低壁溫換熱面為蛇形管式結(jié)構(gòu)，都是用于將煙氣中鈉鹽析出固化，降低煙氣中鈉鹽含量。
[0016]所述系統(tǒng)可以用于多種鍋爐，其工藝過程如下:
[0017]步驟一，將高堿性煤種入鍋爐中；
[0018]步驟二，在鍋爐爐膛中，高堿性煤種與空氣混合燃燒，燃燒后生成的高溫?zé)煔猓?br>[0019]步驟三，進入后續(xù)煙道的高溫?zé)煔馔ㄟ^與低壁溫換熱區(qū)域的低壁溫換熱面進行換熱，使得高溫?zé)煔庵械拟c鹽析出固化，通過吹掃或者收集裝置清除；
[0020]步驟五，經(jīng)過與低壁溫換熱區(qū)域換熱除鈉后的煙氣進入對流受熱區(qū)域，受熱面不發(fā)生沾污，煙氣經(jīng)過對流受熱區(qū)域換熱后，進入省煤器和空預(yù)器，最后排出。
[0021]所述系統(tǒng)可以適用于流化床鍋爐，還適用于煤粉爐鍋爐和爐排爐鍋爐等等，都是高溫?zé)煔饨?jīng)過低壁溫換熱面后，析出固化煙氣中的大量鈉鹽，在不大幅影響鍋爐效率的條件下大幅減少煙氣中的鈉鹽含量，從而減緩或解決對流受熱面沾污的問題。
[0022]本實用新型的有益效果如下:
[0023](I)本實用新型在保持鍋爐基本形式不變的前提下采用低壁溫換熱面，當煙氣溫度在區(qū)間700°C (低溫)?1100°C (高溫)，低壁溫換熱面溫度小于550°C時，此時鈉鹽在煙氣中以液態(tài)或氣態(tài)存在，而當鈉鹽與受熱面接觸時，由于溫度較低，接觸的鈉鹽會由液態(tài)或氣態(tài)(粘結(jié)態(tài))變?yōu)楣虘B(tài)(非粘結(jié)態(tài))，易于清除，在煙氣溫度較高的條件下脫除煙氣中的鈉鹽，使得煙氣中鈉鹽含量大幅降低，經(jīng)過受熱面時，受